新型葉片：新趨勢 新挑戰(zhàn)
日期：2011-08-24
來源：
瀏覽：139
石可重介紹，新一代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的主要特征就是大型化、區(qū)域化和智能化。當(dāng)前的葉片研究熱點(diǎn)也主要體現(xiàn)在適應(yīng)風(fēng)電技術(shù)新趨勢上。
隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，葉片的長度也從20米左右發(fā)展到60米以上，目前國際上正在研制的大容量的風(fēng)電機(jī)組是10MW，其葉片長度達(dá)到了75米以上。而這種葉片大型化趨勢，帶來了一系列技術(shù)新問題。
各國存在不同的地域和氣候特征，也給葉片的設(shè)計(jì)帶來不同的要求。如我國三北地區(qū)的低溫、高風(fēng)沙，沿海地區(qū)的高溫濕、多臺風(fēng)，風(fēng)場低風(fēng)速現(xiàn)象。
這種區(qū)域化的特征要求開展抗臺風(fēng)葉片、低風(fēng)速葉片、仿生葉片和低噪音葉片等一系列區(qū)域化技術(shù)的研究，石可重介紹，下一階段我國風(fēng)電科研重點(diǎn)將是基于風(fēng)資源特點(diǎn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和技術(shù)研發(fā)。
此外，他還指出，智能化也是風(fēng)電技術(shù)開發(fā)未來的趨勢。風(fēng)機(jī)葉片尺寸和重量的不斷增長使風(fēng)機(jī)的控制越來越困難，因此智能葉片技術(shù)也是新一代風(fēng)電技術(shù)研究的重要方向之一。
事實(shí)上，隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，海上風(fēng)電在新一代風(fēng)電技術(shù)中具有重要地位。他還指出，還應(yīng)關(guān)注海上風(fēng)電發(fā)展帶來的新挑戰(zhàn)。目前，陸地上風(fēng)電場設(shè)備和建設(shè)技術(shù)基本成熟，隨著歐洲陸上風(fēng)能資源的枯竭，未來風(fēng)能技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力將來自蓬勃崛起的海上風(fēng)電。海上風(fēng)電對風(fēng)電機(jī)組的安全性、可靠性、易維護(hù)性和施工成本控制提出了更高的要求。我國擁有豐富的海上風(fēng)資源，隨著海上風(fēng)電技術(shù)的逐漸成熟及成本的下降，海上風(fēng)能必然會成為我國將來能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。
“漂浮式風(fēng)電機(jī)組是近幾年國外風(fēng)電行業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)，該項(xiàng)技術(shù)對擴(kuò)大海上風(fēng)資源的利用范圍，對風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行、提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，對增強(qiáng)我國大型海上風(fēng)電機(jī)組的自主研發(fā)能力和推進(jìn)設(shè)備國產(chǎn)化具有重要的意義”，石可重說。
正是基于國際風(fēng)電技術(shù)新發(fā)展趨勢帶來的挑戰(zhàn)，能源局在2009年12月設(shè)立了批能源研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，其中中科院工程熱物理所成立了能源風(fēng)電葉片研發(fā)(實(shí)驗(yàn))中心，該中心專門對新一代風(fēng)電技術(shù)展開研發(fā)。
新型葉片帶來產(chǎn)業(yè)新增長點(diǎn)
在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展趨勢下，一些新型葉片將給產(chǎn)業(yè)帶來新的增長點(diǎn)。
如新風(fēng)力機(jī)專用翼型、鈍尾緣葉片、仿生葉片、低噪葉片、智能葉片等，如適合于我國高風(fēng)沙、低風(fēng)速地區(qū)和適合于海上抗臺風(fēng)條件下的專用翼型族。
“我國北方地區(qū)特有的天氣情況例如結(jié)冰、沙塵、昆蟲尸骸堆積以及鹽蝕會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉片表面粗糙度增大，使摩擦阻力增大，終導(dǎo)致機(jī)組發(fā)電功效降低，葉片疲勞壽命縮短；大尺度葉片柔性增大使葉片經(jīng)常處于大攻角分離區(qū)，失速現(xiàn)象嚴(yán)重，降低發(fā)電功效并引發(fā)葉片疲勞振動(dòng)；另外，大尺度葉片誘發(fā)噪聲問題也不容忽視”，石可重介紹，而所謂的仿生葉片，就是針對這些問題，根據(jù)自然界某些動(dòng)物及植物表皮及翼翅的特有功能，通過優(yōu)化流體流動(dòng)狀態(tài)，優(yōu)化設(shè)計(jì)葉片解決此類問題。他預(yù)計(jì)，在“十三五”期間該中心能夠完成仿生葉片研發(fā)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
而鈍尾緣葉片的研究則是著眼于南方沿海臺風(fēng)頻發(fā)的區(qū)域特征而進(jìn)行的。未來沿海風(fēng)電與海上風(fēng)電的發(fā)展對葉片的抗臺風(fēng)性能提出了很高的要求，為此，該中心采用鈍尾緣葉片技術(shù)為基礎(chǔ)的抗臺風(fēng)策略，針對鈍尾緣翼型導(dǎo)致葉片阻力升高的缺點(diǎn)，開展了一系列增升減阻以及鈍尾緣翼型造型方法的機(jī)理研究，為開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大型海上風(fēng)電葉片進(jìn)行技術(shù)儲備。
目前，海上風(fēng)電的一個(gè)技術(shù)難題還在于風(fēng)電機(jī)組的抗腐蝕性。因此，未來葉片材料的研發(fā)將著重解決這個(gè)問題。除了抗腐蝕性，這些新的研究還著眼于使葉片重量減輕，經(jīng)濟(jì)性提高；同時(shí)使葉片的結(jié)構(gòu)變形、耐低溫、抗雷擊、耐鹽霧和防沙塵暴等。
“隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，葉片退役后給環(huán)境造成的影響越來越大，采用可回收利用的熱塑性葉片樹脂基體等新材料、新工藝很可能成為今后風(fēng)電葉片研究和制造的熱點(diǎn)方向之一”，石可重說。
此外，由于風(fēng)能存在不穩(wěn)定的特性，隨著風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)中所占比例越來越大，對電網(wǎng)的影響越來越明顯，智能電網(wǎng)將是應(yīng)對可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的有效解決手段。而智能葉片也成為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。
“風(fēng)電機(jī)組智能化對風(fēng)電機(jī)組的載荷優(yōu)化控制技術(shù)、仿真方法、風(fēng)功率預(yù)測技術(shù)、檢測技術(shù)、故障診斷及預(yù)警系統(tǒng)等一系列技術(shù)均提出了較高的要求，是新一代風(fēng)電技術(shù)研究的重要方向之一”，石可重說。
風(fēng)電機(jī)組的智能化還是一項(xiàng)有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的工作。采用新的以先進(jìn)傳感、傳動(dòng)與控制技術(shù)為依托的載荷控制技術(shù)(即智能葉片技術(shù))可以降低損害轉(zhuǎn)子和其他零部件的額外葉片載荷、減少葉片材料需求、減少維護(hù)和提高風(fēng)機(jī)可靠性，同時(shí)，也可使傳動(dòng)系統(tǒng)及塔架、機(jī)艙等部件的載荷及重量有一定幅度的下降，從而使風(fēng)機(jī)成本大大降低。
向新技術(shù)進(jìn)發(fā)
科學(xué)院工程熱物理研究所成立于1980年，前身是國際著名科學(xué)家、葉輪機(jī)械三元流動(dòng)理論創(chuàng)建者、工程熱物理學(xué)科奠基人吳仲華教授于1956年創(chuàng)立的科學(xué)院動(dòng)力研究室。
徐建中是研發(fā)中心的學(xué)術(shù)帶頭人，他也是科學(xué)院院士，在葉輪機(jī)械氣動(dòng)熱力學(xué)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究都頗有建樹。以他為代表，中科院工程熱物理研究所在風(fēng)能利用領(lǐng)域建立了一支與產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合的高水平科研隊(duì)伍，擁有9名高級專家構(gòu)成的席科學(xué)家團(tuán)隊(duì)。
為了打破國外風(fēng)電企業(yè)長期的技術(shù)封鎖，該所與保定開發(fā)區(qū)合作成立了國內(nèi)個(gè)專門從事風(fēng)電葉片研發(fā)的企業(yè)――華翼風(fēng)電葉片研發(fā)中心。2007年11月，該中心投產(chǎn)了片1.5/ 2.0MW風(fēng)電葉片。
2009年10月，運(yùn)用該中心大尺寸預(yù)彎式風(fēng)電葉片的設(shè)計(jì)技術(shù)研制的1.5MW38米葉片實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，在張北崇禮西橋梁風(fēng)場實(shí)現(xiàn)掛機(jī)運(yùn)行。該型號產(chǎn)品是國內(nèi)個(gè)通過鑒衡認(rèn)證中心認(rèn)證的1.5MW級風(fēng)輪葉片，其氣動(dòng)效率、噪音等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平，為建立我國自主知識產(chǎn)權(quán)的葉片設(shè)計(jì)體系奠定了基礎(chǔ)。
設(shè)計(jì)的貼近風(fēng)資源狀況系列化葉片已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)1000片葉片的能力。“中心設(shè)計(jì)的適合于低風(fēng)速地區(qū)的42.8米葉片氣動(dòng)效率和噪聲達(dá)到國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，葉片價(jià)格比國外同類產(chǎn)品進(jìn)口價(jià)格低10%-15%左右，更為難能可貴的是，這個(gè)葉片從開始設(shè)計(jì)到完成掛機(jī)僅用了三個(gè)半月時(shí)間，真正體現(xiàn)了速度”，石可重介紹。
此外，他們還通過與韓國DACC公司和曉星公司合作，進(jìn)行2.0MW43.8m葉片氣模芯、模具設(shè)計(jì)與制作，進(jìn)行樣片生產(chǎn)并完成葉片的靜力、模態(tài)檢測，實(shí)現(xiàn)了我國自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)電技術(shù)的次出口。
“這個(gè)項(xiàng)目標(biāo)志著我國葉片制造技術(shù)不再只是單純的技術(shù)引進(jìn)，而是能在自主創(chuàng)新的前提下實(shí)現(xiàn)風(fēng)電葉片模芯模具設(shè)計(jì)制造、葉片制造、葉片檢測的技術(shù)輸出”，石可重介紹。
此前，為了跟蹤國際先進(jìn)設(shè)計(jì)理念與發(fā)展方向，該所還在2007年與荷蘭能源中心(ECN)共同建立了“中荷聯(lián)合風(fēng)能研究中心”，同年與保定開發(fā)區(qū)共建了河北省風(fēng)電葉片工程中心， 目前，中心在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)具有一定的知名度和影響力，已為國內(nèi)多家葉片廠商提供葉片設(shè)計(jì)、檢測和技術(shù)支持服務(wù)。
2010年，中科院工程熱物理研究所與華銳風(fēng)電簽署協(xié)議，共同建設(shè)“江蘇省海上風(fēng)電研究院”，國電聯(lián)合動(dòng)力的合作也在穩(wěn)步推進(jìn)。現(xiàn)在，他們正在籌劃建立“海峽兩岸風(fēng)電研究院”。與東汽、國電聯(lián)合動(dòng)力等的合作，也在順利開展。
由于具有國內(nèi)的葉片技術(shù)，能源局在2009年批準(zhǔn)科學(xué)院工程熱物理所建立級葉片檢測中心。該中心參考美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室、丹麥風(fēng)能研究中心等國外著名機(jī)構(gòu)的檢測與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在認(rèn)證體系中接受認(rèn)證機(jī)構(gòu)委托或直接接受企業(yè)檢測要求，提供檢測服務(wù)。檢測機(jī)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則及其相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對送樣產(chǎn)品進(jìn)行檢測，完成檢測后，再向認(rèn)證機(jī)構(gòu)或送檢企業(yè)提交檢測報(bào)告。該中心的建成，將為促進(jìn)我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展發(fā)揮重要作用。
據(jù)介紹，“十二五”期間，科學(xué)院工程熱物理研究所將主要致力于具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的新型葉片及相關(guān)關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)研究與高技術(shù)研發(fā)的產(chǎn)學(xué)研體系的有機(jī)結(jié)合，經(jīng)過5年發(fā)展，將使我國風(fēng)電葉片研發(fā)能力處于前列。
English
簡體中文
